Kubenertes - 实战入门

实战入门

Namespace

Namespace是kubernetes系统中的一种非常重要资源，它的主要作用是用来实现多套环境的资源隔离。

默认情况下，kubernetes集群中的所有的Pod都是可以相互访问的。但是在实际中，可能不想让两个Pod之间进行互相的访问，那此时就可以将两个Pod划分到不同的namespace下。kubernetes通过将集群内部的资源分配到不同的Namespace中，可以形成逻辑上的"组"，以方便不同的组的资源进行隔离使用和管理。

可以通过kubernetes的授权机制，将不同的namespace交给不同租户进行管理，这样就实现了多租户的资源隔离。此时还能结合kubernetes的资源配额机制，限定不同租户能占用的资源，例如CPU使用量、内存使用量等等，来实现租户可用资源的管理。

kubernetes在集群启动之后，会默认创建几个namespace。

$ kubectl get ns #等价于 kubectl get namespace
NAME              STATUS   AGE
default           Active   15h     #  所有未指定Namespace的对象都会被分配在default命名空间
kube-node-lease   Active   15h     #  集群节点之间的心跳维护，v1.13开始引入
kube-public       Active   15h     #  此命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）
kube-system       Active   15h     #  所有由Kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间

namespace资源的具体操作：

命令方式

• 查看namespace资源操作

# 查看所有的ns  
#命令：kubectl get ns
$ kubectl get ns
NAME              STATUS   AGE
default           Active   15h     #  所有未指定Namespace的对象都会被分配在default命名空间
kube-node-lease   Active   15h     #  集群节点之间的心跳维护，v1.13开始引入
kube-public       Active   15h     #  此命名空间下的资源可以被所有人访问（包括未认证用户）
kube-system       Active   15h     #  所有由Kubernetes系统创建的资源都处于这个命名空间 

# 查看指定的ns   
#命令：kubectl get ns ns名称
$ kubectl get ns default
NAME      STATUS   AGE
default   Active   15h

# 指定输出格式  
#命令：kubectl get ns ns名称  -o 格式参数
#kubernetes支持的格式有很多,比较常见的是wide、json、yaml
$ kubectl get ns default -o yaml
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  creationTimestamp: "2022-01-14T18:14:05Z"
  name: default
  resourceVersion: "146"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default
  uid: 4d21aa19-3172-4f4c-b03f-c2ac400fe505
spec:
  finalizers:
  - kubernetes
status:
  phase: Active

# 查看ns详情  
#命令：kubectl describe ns ns名称
$ kubectl describe ns kube-system
Name:         kube-system
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Status:       Active

No resource quota. # ResourceQuota 针对namespace做的资源限制

No LimitRange resource. # LimitRange针对namespace中的每个组件做的资源限制

• 创建namespace资源操作

$ kubectl create ns dev
namespace/dev created

• 删除namespace资源操作

$ kubectl delete ns dev
namespace "dev" deleted

配置方式

准备一个yaml文件，ns-dev.yaml：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: dev

• 创建namespace资源操作

$ kubectl create -f ns-dev.yaml
或
$ kubectl apply -f ns-dev.yaml

• 删除namespace资源操作

$ kubectl delete -f ns-dev.yaml

Pod

Pod是kubernetes集群进行管理的最小单元，程序要运行必须部署在容器中，而容器必须存在于Pod中。

Pod可以认为是容器的封装，一个Pod中可以存在一个或者多个容器。

kubernetes在集群启动之后，集群中的各个组件也都是以Pod方式运行的。可以通过下面命令查看：

$ kubectl get pod -n kube-system
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
coredns-6955765f44-dg8jn             1/1     Running   0          14h
coredns-6955765f44-vcc9k             1/1     Running   0          14h
etcd-k8s-master                      1/1     Running   0          14h #Master节点的etcd
kube-apiserver-k8s-master            1/1     Running   0          14h #Master节点的controller-manager
kube-controller-manager-k8s-master   1/1     Running   0          14h #Master节点的flannel网络
kube-flannel-ds-7f5ws                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-bkpjt                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-mhgv8                1/1     Running   0          13h
kube-flannel-ds-vtqbs                1/1     Running   0          13h
kube-proxy-6zdg2                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-cc9kp                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-jx5wg                     1/1     Running   0          14h
kube-proxy-kcl28                     1/1     Running   0          14h
kube-scheduler-k8s-master            1/1     Running   0          14h #Master节点的scheduler

Pod资源的具体操作：

命令方式

• 创建Pod资源操作

# 命令格式： kubectl run (pod控制器名称) [参数] 
# --image  指定Pod的镜像
# --port   指定端口
# --namespace  指定namespace
$ kubectl run nginx --image=nginx:1.17.1 --port=80 --namespace dev
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
deployment.apps/nginx created

• 查看Pod资源操作

# 查看Pod基本信息
$ kubectl get pods -n dev
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-64777cd554-7jvxs   1/1     Running   0          116s

# 查看Pod的详细信息
# kubectl describe pods 和 kubectl describe pod都可以查看
# pods和pod两者的区别有待测试
$ kubectl describe pods nginx-64777cd554-7jvxs -n dev
Name:         nginx-64777cd554-7jvxs
Namespace:    dev
Priority:     0
Node:         k8s-node1/192.168.188.129
Start Time:   Sat, 15 Jan 2022 16:47:45 +0800
Labels:       pod-template-hash=64777cd554
              run=nginx
Annotations:  <none>
Status:       Running
IP:           10.244.2.4
IPs:
  IP:           10.244.2.4
Controlled By:  ReplicaSet/nginx-64777cd554
Containers:
  nginx:
    Container ID:   docker://2eb807285ea16c331ea2bdb9aacd8c79706fbece45d7148e7c8724303f7073f6
    Image:          nginx:1.17.1
    Image ID:       docker-pullable://nginx@sha256:b4b9b3eee194703fc2fa8afa5b7510c77ae70cfba567af1376a573a967c03dbb
    Port:           80/TCP
    Host Port:      0/TCP
    State:          Running
      Started:      Sat, 15 Jan 2022 16:47:46 +0800
    Ready:          True
    Restart Count:  0
    Environment:    <none>
    Mounts:
      /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount from default-token-k2kgw (ro)
Conditions:
  Type              Status
  Initialized       True 
  Ready             True 
  ContainersReady   True 
  PodScheduled      True 
Volumes:
  default-token-k2kgw:
    Type:        Secret (a volume populated by a Secret)
    SecretName:  default-token-k2kgw
    Optional:    false
QoS Class:       BestEffort
Node-Selectors:  <none>
Tolerations:     node.kubernetes.io/not-ready:NoExecute for 300s
                 node.kubernetes.io/unreachable:NoExecute for 300s
Events:
  Type    Reason     Age    From                Message
  ----    ------     ----   ----                -------
  Normal  Scheduled  3m25s  default-scheduler   Successfully assigned dev/nginx-64777cd554-7jvxs to k8s-node1
  Normal  Pulled     3m25s  kubelet, k8s-node1  Container image "nginx:1.17.1" already present on machine
  Normal  Created    3m24s  kubelet, k8s-node1  Created container nginx
  Normal  Started    3m24s  kubelet, k8s-node1  Started container nginx

• 访问Pod资源操作

# 获取PodIP
$ kubectl get pods -n dev -o wide
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE     IP           NODE        NOMINATED NODE   READINESS GATES
nginx-64777cd554-7jvxs   1/1     Running   0          5m22s   10.244.2.4   k8s-node1   <none>           <none>

# 访问Pod
$ curl http://10.244.2.4
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
...

• 删除Pod资源操作

# 删除指定Pod
$ kubectl delete pod nginx-64777cd554-7jvxs -n dev
pod "nginx-64777cd554-7jvxs" deleted

# 此时，显示删除Pod成功，但是再查询，发现又新产生了一个 
$ kubectl get pods -n dev
NAME                     READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx-5ff7956ff6-jj4ng   1/1     Running   0  

# 这是因为当前Pod是由Pod控制器创建的，控制器会监控Pod状况，一旦发现Pod死亡，会立即重建
# 此时要想删除Pod，必须删除Pod控制器
# 高版本的kubectl 已经允许直接通过pod删除

#先来查询一下当前namespace下的Pod控制器
$ kubectl get deploy -n dev
NAME    READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx   1/1     1            1           18m

#删除此PodPod控制器
$ kubectl delete deploy nginx -n dev
deployment.apps "nginx" deleted
# 稍等片刻，再查询Pod，发现Pod被删除了
$ kubectl get pods -n dev
No resources found in dev namespace.

配置方式

准备一个yaml文件，pod-nginx.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

• 创建pod资源操作

$ kubectl create -f pod-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f pod-nginx.yaml

• 删除pod资源操作

$ kubectl delete -f pod-nginx.yaml

Label

Label它的作用就是在资源上添加标识，用来对它们进行区分和选择。

Label的特点：

• 一个Label会以key/value键值对的形式附加到各种对象上，如Node、Pod、Service等等
• 一个资源对象可以定义任意数量的Label ，同一个Label也可以被添加到任意数量的资源对象上去
• Label通常在资源对象定义时确定，当然也可以在对象创建后动态添加或者删除

可以通过Label实现资源的多维度分组，以便灵活、方便地进行资源分配、调度、配置、部署等管理工作。

一些常用的Label 示例如下：

• 版本标签："version":"release", "version":"stable"......
• 环境标签："environment":"dev"，"environment":"test"，"environment":"pro"
• 架构标签："tier":"frontend"，"tier":"backend"

标签定义完毕之后，还要考虑到标签的选择，这就要使用到Label Selector，即：

• Label用于给某个资源对象定义标识
• Label Selector用于查询和筛选拥有某些标签的资源对象

当前有两种Label Selector：

• 基于等式的Label Selector
  • name = slave: 选择所有包含Label中key="name"且value="slave"的对象
  • env != production: 选择所有包括Label中的key="env"且value不等于"production"的对象
• 基于集合的Label Selector
  • name in (master, slave): 选择所有包含Label中的key="name"且value="master"或"slave"的对象
  • name not in (frontend): 选择所有包含Label中的key="name"且value不等于"frontend"的对象

标签的选择条件可以使用多个，此时将多个Label Selector进行组合，使用逗号","进行分隔即可。例如：

• name=slave，env!=production
• name not in (frontend)，env!=production

命令方式

• 查看Label操作

# 查看标签
$ kubectl get pod nginx -n dev --show-labels
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE     LABELS
nginx   1/1     Running   0          7m41s   <none>

• 创建Label操作

# 为pod资源打标签
$ kubectl label pod nginx version=1.0 -n dev
pod/nginx labeled

• 删除Label操作

# 删除标签
$ kubectl label pod nginx version- -n dev
pod/nginx labeled

• 更新Label操作

# 为pod资源更新标签
$ kubectl label pod nginx version=2.0 -n dev --overwrite
pod/nginx labeled

• 选择Label操作

#筛选标签
$  kubectl get pod -n dev -l version=2.0  --show-labels
NAME        READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx   1/1     Running   0          17m   version=2.0
$  kubectl get pod -n dev -l version!=2.0 --show-labels
No resources found in dev namespace.

配置方式

准备一个yaml文件，pod-nginx.yaml：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
  labels:
    version: "3.0" 
    env: "test"
spec:
  containers:
  - image: nginx:1.17.1
    name: pod
    ports:
    - name: nginx-port
      containerPort: 80
      protocol: TCP

• 创建Label资源操作

$ kubectl create  -f  pod-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f pod-nginx.yaml

• 删除Label资源操作

$ kubectl delete  -f  pod-nginx.yaml

Deployment

在kubernetes中，Pod是最小的控制单元，但是kubernetes很少直接控制Pod，一般都是通过Pod控制器来完成的。Pod控制器用于pod的管理，确保pod资源符合预期的状态，当pod的资源出现故障时，会尝试进行重启或重建pod。

在kubernetes中Pod控制器的种类有很多，这里只介绍一种：Deployment。

命令方式

• 创建deployment资源操作

# 命令格式: kubectl run deployment名称  [参数] 
# --image  指定pod的镜像
# --port   指定端口
# --replicas  指定创建pod数量
# --namespace  指定namespace
$ kubectl run nginx1 --image=nginx:1.17.1 --port=80 --replicas=3 -n dev
kubectl run --generator=deployment/apps.v1 is DEPRECATED and will be removed in a future version. Use kubectl run --generator=run-pod/v1 or kubectl create instead.
deployment.apps/nginx1 created

# 查看创建的Pod
$ kubectl get pods -n dev
NAME                      READY   STATUS    RESTARTS   AGE
nginx1-79d7bd676b-5fbgc   1/1     Running   0          74s
nginx1-79d7bd676b-962vw   1/1     Running   0          74s
nginx1-79d7bd676b-vf8jv   1/1     Running   0          74s

• 查看deployment资源操作

# 查看deployment的信息
$ kubectl get deploy -n dev
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
nginx1   3/3     3            3           2m15s

# UP-TO-DATE：成功升级的副本数量
# AVAILABLE：可用副本的数量
$ kubectl get deploy -n dev -o wide
NAME     READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE   CONTAINERS   IMAGES         SELECTOR
nginx1   3/3     3            3           11m   nginx1       nginx:1.17.1   run=nginx1

# 查看deployment的详细信息
$ kubectl describe deploy nginx1 -n dev
Name:                   nginx1
Namespace:              dev
CreationTimestamp:      Sat, 15 Jan 2022 17:27:31 +0800
Labels:                 run=nginx1
Annotations:            deployment.kubernetes.io/revision: 1
Selector:               run=nginx1
Replicas:               3 desired | 3 updated | 3 total | 3 available | 0 unavailable
StrategyType:           RollingUpdate
MinReadySeconds:        0
RollingUpdateStrategy:  25% max unavailable, 25% max surge
Pod Template:
  Labels:  run=nginx1
  Containers:
   nginx1:
    Image:        nginx:1.17.1
    Port:         80/TCP
    Host Port:    0/TCP
    Environment:  <none>
    Mounts:       <none>
  Volumes:        <none>
Conditions:
  Type           Status  Reason
  ----           ------  ------
  Available      True    MinimumReplicasAvailable
  Progressing    True    NewReplicaSetAvailable
OldReplicaSets:  <none>
NewReplicaSet:   nginx1-79d7bd676b (3/3 replicas created)
Events:
  Type    Reason             Age   From                   Message
  ----    ------             ----  ----                   -------
  Normal  ScalingReplicaSet  12m   deployment-controller  Scaled up replica set nginx1-79d7bd676b to 3

• 删除deployment资源操作

# 删除 
$ kubectl delete deploy nginx1 -n dev
deployment.apps "nginx" deleted

配置方式

准备一个yaml文件，deploy-nginx.yaml：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
  namespace: dev
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      run: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        run: nginx
    spec:
      containers:
      - image: nginx:1.17.1
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80
          protocol: TCP

• 创建deployment资源操作

$ kubectl create -f deploy-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f deploy-nginx.yaml

• 删除deployment资源操作

$ kubectl delete -f deploy-nginx.yaml

Service

能够利用Deployment来创建一组Pod来提供具有高可用性的服务。

虽然每个Pod都会分配一个单独的Pod IP，然而却存在如下两问题：

• Pod IP 会随着Pod的重建产生变化
• Pod IP 仅仅是集群内可见的虚拟IP，外部无法访问

这样对于访问这个服务带来了难度。因此，kubernetes设计了Service来解决这个问题。

Service可以看作是一组同类Pod对外的访问接口。借助Service，应用可以方便地实现服务发现和负载均衡。

命令方式

• 创建集群内部可访问的Service

#暴露Service
$ kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx1 --type=ClusterIP --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx1 exposed

#查看service
$ kubectl get svc svc-nginx -n dev -o wide
NAME        TYPE        CLUSTER-IP      EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE   SELECTOR
svc-nginx   ClusterIP   10.106.205.41   <none>        80/TCP    2s    run=nginx

# 这里产生了一个CLUSTER-IP，这就是service的IP，在Service的生命周期中，这个地址是不会变动的
# 可以通过这个IP访问当前service对应的Pod
$ curl 10.106.205.41:80
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
.......
</body>
</html>

• 创建集群外部也可访问的Service

# 上面创建的Service的type类型为ClusterIP，这个ip地址只用集群内部可访问
# 如果需要创建外部也可以访问的Service，需要修改type为NodePort
$ kubectl expose deploy nginx --name=svc-nginx2 --type=NodePort --port=80 --target-port=80 -n dev
service/svc-nginx2 exposed

# 此时查看，会发现出现了NodePort类型的Service，而且有一对Port（80:31928/TC）
$ kubectl get svc  svc-nginx2  -n dev -o wide
NAME         TYPE       CLUSTER-IP     EXTERNAL-IP   PORT(S)        AGE   SELECTOR
svc-nginx2   NodePort   10.102.19.90   <none>        80:31636/TCP   34s   run=nginx

# 接下来就可以通过集群外的主机访问 节点IP:31928访问服务了
# 例如在的电脑主机上通过浏览器访问下面的地址
http://192.168.188.128:31636/

• 删除Service

$ kubectl delete svc svc-nginx-1 -n dev    

配置方式

创建一个svc-nginx.yaml，内容如下：

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: svc-nginx
  namespace: dev
spec:
  clusterIP: 10.109.179.231 
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
  selector:
    run: nginx
  type: ClusterIP

• 创建service资源操作

$ kubectl create -f deploy-nginx.yaml
或
$ kubectl apply -f deploy-nginx.yaml

• 删除service资源操作

$ kubectl delete -f deploy-nginx.yaml

总结

已经掌握了Namespace、Pod、Deployment、Service资源的基本操作，有了这些操作，就可以在kubernetes集群中实现一个服务的简单部署和访问了，但是如果想要更好的使用kubernetes，就需要深入学习这几种资源的细节和原理。